摘要:详述了玻璃压机电气控制系统的组成、特点、要求及应用实例，指出了玻璃压机电气控制系统的重要性，是玻璃压机能否高速、高质量的生产出压制玻璃制品必不可少的条件。
关键词:玻璃压机;电气控制;可编程控制器;人机界面;变频器;伺服电机
现代的玻璃压机是机电一体化的专用设备，其设计制造要充分使用当代机械电气发展的最新技术和成果，在机械结构、动作、热工条件、模具接口确定后，怎样高速、高质量地使玻璃压机生产出符合设备要求的玻璃制品就是电气系统要考虑的目标。本文论述了玻璃压机电气系统的要求和实现方式，对玻璃压机的设计、制造和使用具有重要的实际意义。
1玻璃压机工艺系统对电气控制的要求
玻璃压机是由多工位转盘式间隙运动机构、玻璃料滴入模机构、制品成型的冲压机构、加热和冷却的热工系统、制品的取出机构等主要机构组成，要求转盘的驱动力强劲可靠，针对不同的玻璃制品各个机构的起动时间和动作时间可设置调整，同时整机按要求的节拍能高速协调运行。图1是玻璃压机的机电工艺系统图，显示了玻璃压机各机械机构和电气系统的相互关系。(1)压机转盘间隙运动机构的驱动:这是玻璃压机运动的主要动力源，要求电机具有所需的功率和转速，控制性能好，做到机电最佳匹配。常规采用异步电机加变频器控制，国外普遍采用控制性能更好的伺服电机控制。(2)玻璃料滴的控制:首先是来自玻璃供料机的料滴准确地又能控制时间地落入压机的滴料工位，同时能自动地和转盘速度保持同步。其次是有导料要求的机构控制。(3)成型力的控制:针对采用液压成型的冲压机构，冲压力的大小和冲压速度是由比例阀控制，电气系统里要有模拟量的输出。(4)多滴料和多工位的控制:在电气控制硬件不变的情况下满足多品种生产的需要，控制程序里设同一个工位能按要求滴入更多的玻璃料，而在生产较大的制品情况下，又能将两个工位变成一个工位运行。(5)各执行气缸的动作时间控制:由于玻璃压制成型是在转盘停止工艺时间里完成的，各个机构的动作起始点均以压机开始进入停止瞬间作起点，分别设有可控的动作起始时间和动作完成时间的电气操作。
2玻璃压机采用的电气技术和器件
早期的自动玻璃压机采用的是全气动控制和驱动，其料滴和压机的同步是由供料机控制的，驱动压机转盘转动的配气阀和供料机相连，落料后供料机向配气阀供气，然后推动转盘转一个工位，新的工位准备接受供料机的下一个料滴。而气动的速度及控制性是不能和电气相比的，由此可见现在的高速、多冲的玻璃压机能够快速发展，绝对离不开现代电气技术和器件的应用，同时涉及电气控制技术的方方面面。(1)可编程控制器(PLC)广泛应用:这是玻璃压机的控制心脏，可编程控制器就是计算机，并且是专为工业领域而制造的计算机，不但随着计算机技术发展而功能越来越强大，价格越来越低，可以按不同的要求编制程序，进行灵活的控制，同时具有适应各种不利的工业环境性能，特别是在热玻璃生产制造的领域。(2)人机界面(HMI)广泛使用:同PLC一样，性价比极高，极大地便利了玻璃压机参数的设置、存储和机器运行状态的监控、操作。(3)变频调速技术:采用最常用的异步电机加变频器，结合槽轮、凸轮间隙运动机构用于压机转盘的驱动控制，具有较好的性价比，结构简单，控制方便。在PLC的程序控制下，可采用开关量、模拟量、通讯等方式进行电机的速度快慢、起动、停止制动的控制。(4)伺服控制技术:由于是半闭环控制，具有优异的高速稳定性，是玻璃压机转盘主驱动的高性能选择，也已经用于压制成型后制品的取出，是解决机械手取出速度滞后于压机生产速度瓶颈的最有效的方法。现在对一些生产小制品的玻璃压机，其冲压机构已经成功地采用了伺服机构，带来了节能环保的优异效果。(5)电液比例控制技术:提高了玻璃压机成型力的稳定性，同时又操作方便，以后发展的将是电气比例控制技术，以用于气动玻璃压机和玻璃压机气动执行机构性能的提升。
3玻璃压机电气控制的流程和设计指标
玻璃压机电气控制的过程和方式原则上和大多数机电一体化的设备一样，但是由于玻璃压机的使用环境、联机方式不同，又有自己的特点和要求。
3．1玻璃压机的控制过程
玻璃压机的控制过程如图2所示。首先是电气控制程序初始化，然后按照工艺生产状态，分别进入手动调整步骤和自动联机运行。由于玻璃压机的生产是熔融的热玻璃生产，有很高的温度，加上气动液压和冷却风、水的作用，现场的环境是恶劣的。又由于玻璃生产热工状态的建立有一个较长的过程，一旦故障停机，再恢复正常生产损失很大，所以安装有PLC和驱动器的电控柜要远离压机，有条件的要放于专门的操作室内。但是生产时又要在现场操作，所以玻璃压机的电控系统设有一个操作箱，安放在压机的边立柱上。现场所有的电器元件和布线都要考虑温度影响及热碎玻璃的损害，要求高的还设有专门的冷却结构，以保障电气控制系统的稳定性。
3．2压机转盘驱动方式的选择
压机转盘的运动是玻璃压机最重要的控制，是在电气控制上保证能否高速、高质量生产产品的重要环节。一般按生产时驱动电机是否停止来分类，在间隙运动机构进入停止位置的过程中，电机停转，直到压机生产的工艺过程完成再起动，将转盘推入下一个工位。凸轮驱动的转盘控制多采用这种模式，要求在于如何减少转工位的时间，这样才能提高压机的生产速度，困难的是对电机的起动要求高。第2种模式就是驱动电机连续不停运行，完全依靠间隙机构的停止时间来完成制品生产的工艺过程。一般应用于油侵式的槽轮驱动的转盘控制上，但是在生产较大的制品时机速难提高，改进方法是控制上采用多速度运行，在槽轮拨动转盘时能以较高的速度运行，同样在静止状态下降低运行速度，这样压机的成型时间就可延长，从而提高机速。
3．3压机和供料机的同步控制
如何保证供料机剪下来的玻璃料滴进入处在停止状态下压机的滴料工位模具里，同时要求滴料的时间能够进行控制，这是玻璃压机电气控制的难点。控制机理，第1种是供料机做主机，压机跟着供料机做同步运行，适用于压机成型工艺时间内电机是停止的。转盘运行时的起动来自于供料机剪料信号，同步要求就是调整两者的延时时间，生产机速的调整就是调整供料机的速度。第2种是压机做主机，供料机的速度由压机初次给定，分别计算压机和供料机的实际机速，再和料滴调整设定时间进行差值计算，然后比较，动态调整到稳定状态。PLC跟随调整的方法有模拟量和通讯控制两种，通讯控制由于接线方便，又省去模块的成本，正越来越多地使用。
4玻璃压机的电气控制界面和操作过程
4．1玻璃压机的电气控制界面
图3所示为行业里比较典型的玻璃压机人机界面的主画面图。图3反映了以玻璃压机为中心的玻璃器皿成型线的所有操控要求，对玻璃压机来说其控制界面由压机驱动控制和压机冲压控制两个界面组成，分别见图4和图5所示。
4．2玻璃压机的操作过程和要求
人机界面上的各按键和参数设置加上现场设置的电气操作箱(见图6)就可以完成玻璃压机的整个操作。在手动模式下，可对压机做慢速正、反转点动操作(速度由屏上慢转频率决定)，也可对冲头做慢上、慢下的点动运行和压机独立的连续运行。如要做自动运行，则首先要起动供料机，使供料机平稳运行后，可根据用户需要，先在屏上设置你想要的供料机速，然后起动压机，此时压机将按料机的机速自动跟踪料机的下料速度进行自动运行，同步灯用于指示供料机下料信号和压机冲压起点信号的状态。系统正常后，按冲压允许按钮(该按钮灯亮)，冲压同步进行(如模具检测某工位异常，该工位不冲压)，如运行中再按冲压允许按钮(该按钮灯灭)，冲压停止。
4．3压机大盘控制
根据产品的成型工艺需要，可点击画面上的项目设定数据。转位延时:大盘快转起始相对于供料机信号的延时，分辨率毫秒;设定频率:大盘手动工作的连续运转速度的设定，自动频率，大盘自动工作的转位速度频率，系统自动运算给出，仅显示;转位速度:大盘快转最高速度设定;停机延时:大盘由转位速度到停转位速度延时;跟踪系数:系统根据料机速度运算给出，仅显示;大盘运行、大盘停止:用于大盘的起停控制。
4．4压机冲压控制
适用于液压冲压油缸及气动气缸的参数设定与控制。测试:按此键可切换画面到气缸、油缸的专门测试画面;冲压延时:本数值为冲压起点的延时数值，延时起点从大盘到达停转位起始计时;快下定时:本数值为冲压快下的定时值;慢下定时:本数值为冲压慢下的定时值;保压定时:本数值为冲压向下完成，冲头在模具中的停留时间，设定限制，系统根据滴料速度所计算出的总冲压时间，以便用户设定时的参考值;冲压开(关):该灯为“冲压开/冲压关”状态指示，由压机操作箱设的冲压允许按钮决定;设有5个与冲压配合的专用气缸，其定义为气缸动作起点的延时数值，延时起点从大盘处于停转点起始，回点定义为气缸动作结束，返回原位的时间，即气缸动作的时间;对接料气缸，其动作起点为在模具检测位检测到该工位异常时延时该设定时间后气缸退出，而回点为在模具检测位检测到该工位正常时延时该设定时间后气缸复位。
4．5故障与报警信息
用于在系统出现故障或报警信息时，可在第一时间切断输出，使系统处于待机状态，同时弹出此画面，告诉用户故障源，以便用户及时诊断，消除故障，恢复系统。现在的玻璃压机电气控制系统已经设有和网络连接的接口，这样可以及时进行远程的技术支持和服务，便于设备制造厂家对用户提供更好的保障。
参考文献:
［1］齐齐哈尔轻工学院．玻璃机械设备［M］．北京:轻工业出版社，1981．
［2］朱根土，陈茂水．开模玻璃压机研制和使用［J］．玻璃与搪瓷，2002，30(6):34－39．
作者：戴之珉 庄家琳 单位：上海黄发机机械模具有限公司 上海晖弘精密玻璃机械有限公司
